ห่างออกไปประมาณ 7,500 ล้านปีแสงจากดาวเคราะห์สีน้ำเงินของเรา มีกาแล็กซีแห่งหนึ่งตั้งอยู่ มันมีอายุเพียง 6,300 ล้านปีเท่านั้น ซึ่งถือว่ามีอายุราวครึ่งหนึ่งของจักรวาลที่อายุ 13,800 ล้านปี ทว่ามันกลับมี ‘ปีศาจ’ ที่ดูจะดุร้ายเป็นพิเศษอยู่ ณ ใจกลางของมัน
เช่นเดียวกับหลุมดำยักษ์มวลมหาศาลอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์มักตั้งชื่อเล่นให้กับพวกมันเสมอ โดยเจ้าปีศาจตัวนี้มีชื่อว่า พอร์ฟิริออน (Porphyrion) ซึ่งถูกตั้งตามชื่อยักษ์ในตำนานกรีก เนื่องจากความพิเศษของมันคือมันสามารยิง ‘บลาสติง เจ็ท’ (blasting jets) กระแสอนุภาคพลังงานที่พวยพุ่งออกมาจากใจกลางของมัน ยาวกว่าค่าที่เคยเชื่อกันว่าเป็นขีดจำกัดสูงสุดในทฤษฎีถึง 40%
“คู่นี้(หลุมดำและจ็ท) ไม่ได้มีขนาดเท่ากับระบบสุริยะหรือทางช้างเผือกเท่านั้น แต่เรากำลังพูดถึงเส้นผ่านศูนย์กลางของทางช้างเผือกทั้งหมด 140 เส้นต่อกัน” ดร. มาร์ติน โอเออิ (Martjin Oei) หัวหน้าทีมวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย (Caltech) กล่าว “ทางช้างเผือกอาจเป็นเพียงจุดเล็ก ๆ ในการปะทุครั้งใหญ่นี้”
การค้นพบดังกล่าวถูกรายงานไว้ในวารสาร Nature ซึ่งระบุเอาไว้ว่าเจ็ทที่พวยพุ่งอย่างรุนแรงนี้อาจส่งผลต่อววิวัฒนาการของกาแล็กซีและเอกภพยุคแรกเริ่มในระดับที่มากกว่าที่เคยคาดคิดไว้
“นักดาราศาสตร์เชื่อกันว่ากาแล็กซีและหลุมดำที่ใจกลางมีวิวัฒนาการร่วมกัน และประเด็นสำคัญประการหนึ่งก็คือ เจ็ทสามารถกระจายพลังงานจำนวนมหาศาล ซึ่งส่งผลต่อการเติบโตของกาแล็กซีต้นทางและกาแล็กซีอื่น ๆ ที่อยู่ใกล้เคียง” จอร์จ ดยอร์กอฟสกี (George Djorgovski) ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์และวิทยาศาสตร์จาก Caltech กล่าว
“การค้นพบครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าผลกระทบจากเจ็ทเหล่านี้สามารถแผ่ขยายออกไปได้ไกลกว่าที่เราคิดมาก”
ทีมวิจัยได้ใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุภาตพื้นดินที่มีชื่อว่า ‘LOw Frequency ARray’ หรือ LOFAR ทำการสำรวจท้องฟ้าในตำแหน่งที่นับไม่ถ้วน โดยปัจจุบันพบโครงสร้างขนาดใหญ่เหล่านี้มาแล้วมากกว่า 10,000 แห่ง
โดยพวกเขาเริ่มตามหาหลุมดำเหล่านี้ครั้งแรกในปี 2018 ด้วยการศึกษาเส้นใยบาง ๆ ที่เคลื่อนผ่านช่องว่างระหว่างกาแล็กซี โดยมันถูกเรียกว่า ‘โครงข่ายจักรวาล’ และนั่นนำไปสู่การค้นพบเจ็ทขยายยักษ์ที่หลุมดำพ่นมันออกมา ซึ่งสร้างความประหลาดใจอย่างยิ่งให้กับทุกคนที่พบเห็น
“เมื่อเราพบเจ็ทขนาดยักษ์เป็นครั้งแรก เราค่อนข้างประหลาดใจ” โอเออิ กล่าว “เราไม่เคยรู้มาก่อนเลยว่ามันมีมากมายขนาดนี้”
นับตั้งแต่นั้นมา ทีมได้ใช้วิธีที่หลากหลายในการตามล่าเจ็ทที่อาจซ่อนอยู่ในข้อมูลของ LOFAR ทั้งใช้แมชชีนเลิร์นนิ่ง การสแกนด้วยสายจา และความร่วมมือจากนักวิทยาศาสตร์พลเมืองทั่วโลกเพื่อตรวจสอบซ้ำ ในที่สุดพวกเขาก็พบกับ ‘ปีศาจ’ ตัวจริง นั่นคือ พอร์ฟิริออน
ทีมงานก็ได้หันไปใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ Giant Metrewave (GMRT) และเครื่องมือสเปกโทรสโกปีพลังงานมืด (Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI)) เพื่อระบุจุดกำเนิดของเจ็ทดังกล่าว ซึ่งมีที่มาจากหลุมดำมวลมหาศาลกลางกาแล็กซีแห่งหนึ่งที่มีมวลมากกว่าทางช้างเผือกของเราถึง 10 เท่า และมันมีความลับอีกมากให้ค้นหา
“เรารู้อะไรบ้างเกี่ยวกับกาแล็กซีนี้และหลุมดำที่ใจกลางของมัน?” มาร์ติน ฮาร์ดคาสเซิล (Martin Hardcastle) จากมหาวิทยาลัยเฮิร์ตฟอร์ดเชียร์ กล่าว “ไม่มากนัก เรารู้แค่ว่ามันเป็นกาแล็กซีขนาดใหญ่ และหลุมดำก็กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว แต่เราไม่ทราบว่า ทำไมหลุมดำใจกลางกาแล็กซีทุกแห่งโดยหลักการแล้วสามารถสร้างเจ็ทเหล่านี้ได้”
“แต่มีเพียงบางแห่งเท่านั้นที่ทำ(ขนาดใหญ่ยักษ์)ได้ การหาสาเหตุเป็นหนึ่งในปัญหาสำคัญในสาขานี้” เขาเสริม
ข้อมูลจากหอสังเกตการณ์ ดับบลิว. เอ็ม. เค็คก์ (W. M. Keck) ซึ่งตั้งอยู่ในฮาวายชี้ให้เห็นว่า พอร์ฟิริออน นั้นแท้จริงแล้วไม่ได้อยู่ในโหมดการพ่นไอพ่น (jet-blasting mode) ออกมา แต่อยู่ในสถานะที่นักดาราศาสตร์เรียกกันว่า ‘โหมดการแผ่รังสี’ (radiative mode) ซึ่งหลุมดำจะสูญเสียพลังงานผ่านลมอนุภาคที่มีพลัง
สถานะทั้งสองนี้เกี่ยวกับหลุมดำที่ ‘กิน’ (Feeding) หรือ ‘เพิ่มมวล’ ซึ่งอยู่ในช่วงที่กำลังกลืนกินสสารจากสภาพแวดล้อมอย่างแข็งขันและปล่อยพลังงานออกมา โดยโหมดการแผ่รังสีนั้นพบได้บ่อยกว่าในเอกภพยุคแรก กลับกันหลุมดำที่อยู่ในโหมดพ่นเจ็ทดูจะพบได้บ่อยกว่าในจักรวาลยุคหลัง ๆ
กล่าวอย่างง่าย ๆ หลุมดำในโหมดแผ่รังสี พวกมันจะสูญเสียพลังงานไปกับรังสี ขณะที่โหมดพ่นเจ็ทจะสูญเสียพลังงานไปกับไอพ่นเจ็ท แต่นี่เป็นเรื่องที่น่าตกใจสำหรับ พอร์ฟิริออน เนื่องจากมันอยู่ในโหมดแผ่รังสี แต่กลับสามารถปะทุเจ็ทขนาดใหญ่ยักษ์ได้ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบเช่นกันว่ามันเป็นไปได้อย่างไร
“ผมคิดว่ามี 2 ข้อที่ผมต้องจำไว้ ข้อหนึ่งคือเจ็ทสามารถเปิดอยู่และเสถียรได้นานถึงขนาดนี้แม้จะอยู่ในจักรวาลยุคแรก(ที่มีความแปรปรวนสูง)ก็ตาม อาจเป็นไปได้ว่าแหล่งกำเนิดนี้ของมันมีเงื่อนไขเฉพาะที่สมบูรณ์แบบสำหรับการมีอายุยืนยาว” ฮาร์ดคาสเซิล กล่าว
“อีกประการหนึ่งคือ เนื่องจากแหล่งกำเนิดเหล่านี้สามารถมีขนาดใหญ่ได้เช่นนี้ จึงทำให้ช่องว่างระหว่างกาแล็กซีปนเปื้อนด้วยสนามแม่เหล็กและอนุภาคหลังงานสูง ซึ่งอาจมีความสำคัญต่อการศึกษาประวัติศาสตร์ของสนามแม่เหล็กในจักรวาลได้” เขาเสริม
ฮาร์ดคาสเซิลอธิบายเพิ่มเติมว่า การตีความเกี่ยวกับขนาดเจ็ทที่ใหญ่โตของ พอร์ฟิริออน นี้ก็คือ จะต้องมีเหตุการณืเพิ่มมวลที่เสถียรและมีระยะเวลานานผิดปกติรอบหลุมดำมวลยิ่งยวดที่อยู่ตรงกลาง จึงทำให้หลุมดำโดยเฉพาะหลุมนี้คงอยู่ในนานถึงหลายพันล้านปี
“ระบบเหล่านี้เติบโตขึ้นตามเวลา ดังนั้นการเห็นแหล่งกำเนิดที่มีขนาดใหญ่มากก็บ่งบอกว่าเรากำลังเห็นบางสิ่งที่เก่าแก่มาก” เขากล่าว “ในกรณีนี้ เราคิดว่าเจ็ทถูกเปิดใช้งานมานานประมาณพันล้านปีแล้ว นั่นทำให้น่าสนใจยิ่งขึ้นเพราะเจ็ทเหล่านี้มักจะมีอายุที่สั้นกว่านี้มากและจะมีขนาดเล็กลงตามการเติบโต”
ขั้นต่อไปคือการตรวจสอบว่าเจ็ทของหลุมดำขนาดยักษ์เหล่านี้มีอิทธิพลต่อกาแล็กซีโดยรอบอย่างไร ซึ่งทีมผู้เชี่ยวชาญสนใจเกี่ยวกับอิทธิพลของสนามแม่เหล็กของเจ็ทเหล่านี้เป็นพิเศษ และหากทีมคิดถูกก็จะต้องมีเจ็ทยักษ์ใหญ่อีกมากมายในจักรวาลรอการค้นพบอยู่
“สนามแม่เหล็กบนโลกของเราทำให้สิ่งมีชีวิตดำรงอยู่ได้ ดังนั้นเราจึงต้องการที่จะทำความเข้าใจว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร” โอเออิ กล่าว “เรารู้ว่าสนามแม่เหล็กแพร่กระจายไปทั่วโครงข่ายจักรวาล จากนั้นจึงเคลื่อนที่เข้าสู่กาแล็กซีและดวงดาว และในที่สุดก็ไปถึงดาวเคราะห์ แต่คำถามถือ มันเริ่มต้นจากที่ใด เจ็ทขนาดยักษ์เหล่านี้แพร่กระจายมันไปทั่วจักรวาลหรือไม่”
“สำหรับผม ความสนใจของการสำรวจเหล่านี้อยู่ที่การเก็บข้อมูลประชากรทั้งหมด ซึ่งเราจะสามารถคำนวณผลกระทบต่ออายุขัยของหลุมดำทั้งหมดตลอดช่วงเวลาของจักรวาลได้” ฮาร์ดคาสเซิล กล่าวทิ้งท้าย
สืบค้นและเรียบเรียง
วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา